CC BY
122
роятности аварии на навигацию для судоходного канала в целом, необходимо владеть следующей базой статистических данных по исследуемому шлюзу (шлюзованному каналу):
1) общее число пропущенных судов в навигацию;
2) количество судов /-го типа, пропущенных в навигацию;
3) количество аварий, инициированных судами /-го типа;
4) размеры камеры шлюза, для определения коэффициента значимости соотношения размеров камеры шлюза и шлюзуемого судна — к.
Просуммировав вероятности возникновения аварий по каждому шлюзу, входящему в состав водного пути, получим соответственно вероятность возникновения аварии на исследуемом водном пути.
Следовательно, определение априорной вероятности работоспособного состояния для объекта будет выглядеть так:
С А
Р.« = 1 - Ра = 1 - к СС- * -• (6)
!=1 С0бщ Ц
Список литературы
1. СТП ВНИИГ 210.02. НТ-04: метод. указ. по проведению анализа риска аварий гидротехнических сооружений. — СПб., 2005.
2. Лебедев А. Н. Вероятностные методы в инженерных задачах / А. Н. Лебедев. — СПб.,
2000.
3. Нычик Т. Ю. Анализ аварийных ситуаций при шлюзовании судов / Т. Ю. Нычик // Журнал университета водных коммуникаций. — СПб., 2011. — Вып. 4.
4. Нычик Т. Ю. Декларирование безопасности судоходных шлюзов / Т. Ю. Нычик // Материалы II межвуз. науч.-практ. конф. студ. и асп. СПГУВК. — СПб., 2011.
УДК 627.2 Т. Ю. Пахоменкова,
аспирант,
СПГУВК
РАЗУПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ШПУНТОВЫХ СТЕНОК ПРИ ВОЛНОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
DECOMPACTION OF SOILS OF SHEET PILE WALLS FOUNDATION
WITH WAVE ACTION
Статья посвящена вопросу устойчивости шпунтовых стенок в период строительства, в частности проблеме разуплотнения грунтов основания при колебаниях сооружений, вызванных циклическим волновым воздействием.
Article is devoted to the stability of sheet pile wall during construction, in particular the problem of soil decompaction of base structures with fluctuations due to cyclic wave action.
Выпуск 2
Выпуск 2
Ключевые слова: гидротехническое строительство, устойчивость сооружений, разуплотнение грунтов.
Key words: hydraulic engineering, sustainability of structures, soil decompaction.
В СВЯЗИ с развитием и модернизацией портовой техники (изменением габаритов, мощности, веса), а также с увеличением водоизмещения судов в настоящее время является актуальной проблема повышения общей устойчивости возводимых причальных конструкций.
Конструкции в виде тонких вертикальных стенок широко применяются в гидротехническом строительстве, особенно в тех случаях, когда в основании сооружения залегают грунты, допускающие погружение свай на требуемую глубину [2; 4]. Основными достоинствами, способствующими повсеместному распространению таких конструкций, являются: экономичность, технологичность и надежность в эксплуатации. На открытой акватории преимущественно применяют шпунтовые конструкции. Основными конструкциями являются больверки (тонкие подпорные стенки), которые выполняют из шпунтовых свай или свай специальных профилей.
По конструктивному признаку эти сооружения разделяют на заанкерованные и незаанкерованные стенки.
Вопросы обеспечения устойчивости свайных конструкций, расположенных на протяженных акваториях со сложным волновым режимом, обусловлены комплексом факторов. К ним относятся: процесс стабилизации грунтов, воздействие водного потока от судовых винтов, изменение нагрузок от портовых механизмов, процесс разуплотнения грунтов основания и др.
Рассмотрим особенности процесса разуплотнения грунтов при колебаниях сооружений, вызванных циклическим волновым воздействием.
Особую опасность представляет строительный период, когда шпунтовый ряд погружен в грунт, но еще не установлены анкерные тяги. При этом свехнормативная деформация шпунтовых стен требует сложных работ по восстановлению и приводит к дополнительным экономическим затратам.
Погружение свай в грунт, осуществляют с помощью вибропогружателей различных конструкций. В процессе погружения грунты подвергаются длительному вибрационному воздействию, что негативно влияет на их свойства. В частности, происходит разжижение мелких сыпучих грунтов, значительное уменьшение сцепления и угла внутреннего трения. Характеристики грунтов со временем восстанавливаются.
Строительные свойства грунтов зависят от их минерального состава, размера, формы, количества частиц различной крупности, а также от особенностей расположения их в скелете. При расчетах устойчивости сооружений и оснований чаще всего используют такие характеристики грунта, как плотность р, кН/м3, удельное сцепление с, кПа, угол внутреннего трения ф, град [1; 5].
Опыт использования однорядных шпунтовых стен показал, что при значительных волновых нагрузках в условиях слабых грунтов основания необходимо уделить особое внимание устойчивости с учетом параметров ветровых волн, а также гранулометрическому составу грунта.
В период производства работ на протяженных акваториях, не защищенных от волнового влияния, волна, воздействуя на стенку, создает изгибающий момент, вызывающий деформации на свободном, незащемленном конце стенки (см. рис. 1). Гребень волны сменяется ложбиной, и стенка отклоняется в обратном направлении. При этом у основания сваи образуется воронка размыва. Слабые несвязные грунты с малыми значениями неразмывающих скоростей вымываются из полости образованной циклическим действием волны, относятся волной и оседают вне зоны погружения сваи.
В результате длительного волнового воздействия отклонения стенки увеличиваются, увеличивая тем самым воронку размыва. Этот процесс приводит к возникновению процесса выноса грунта основания и образованию глубокой пазухи вдоль сваи [3.]
Образование воронки может привести к нарушению устойчивости вертикальных стен и, как следствие, к обрушению сооружения.
Рис. 1. Деформация шпунтовой стенки при воздействии волн
При погружении в грунт незаанкерованная стенка работает как консольная балка, нижний конец которой защемлен в грунте. До тех пор пока стенка не нагружена, она испытывает с обеих сторон одинаковое давление, равное естественному давлению в грунтовом массиве.
При приложении нагрузки (горизонтальной силы Р) стенка изогнется и будет стремиться повернуться вокруг неподвижной точки перегиба эпюры С). Давление грунта на участки стенки, испытывающие перемещение, изменится: с той стороны, куда направлены перемещения, оно возрастет, с противоположной — уменьшится. Схема показана на рис. 2.
Рис. 2. Влияние волнового воздействия на эпюру бокового давления грунта
Выпуск 2
Выпуск 2
В условиях предельного равновесия на участках стенки с максимальными перемещениями наибольшее давление грунта будет равно пассивному давлению, а наименьшее со стороны обратной направлению перемещения — активному давлению. Таким образом, предельная интенсивность сопротивления грунта внешнему давлению в каждой точке равна разности интенсивностей пассивного и активного давлений грунта ер = р • g • у • (кп - Ха ) [2].
Учитывая размыв грунтов основания, получим, что точка перегиба эпюры будет перемещаться вглубь. В конечном итоге ордината этой точки достигнет значения, равного глубине забивки. При этом произойдет потеря устойчивости шпунтовой стенки.
Известны практические примеры негативного влияния циклических волновых нагрузок на шпунтовые конструкции. В частности, на одном из строящихся портовых сооружений произошла подобная ситуация с потерей устойчивости стенки. Сооружение, находящееся на этапе строительства, представляло собой одиночный ряд шпунтовых свай, в дальнейшем планировалась его анке-ровка. Использовался шпунт корытного профиля типа Ларсен 607п.
После 10 часов волнового воздействия при высоте волны к = 2,5 м, периоде Т = 3-4 с, было выявлено, что в результате потери устойчивости произошло существенное отклонение фактического положения шпунтового ряда от проектного (до 5 м) в сторону акватории, а также образовалась значительная пазуха грунта основания за лицевой стенкой акватории. Данные по гранулометрическому составу представлены в табл. 1.
Для оценки процессов, происходящих у основания шпунтовой стенки, необходимо определить скорости выноса частиц грунта и соотнести их значения со значениями неразмывающих скоростей (скорости определяются по данным гранулометрического состава) и значениями гидравлической крупности. Для этого задаемся начальными значениями размера пазухи и средними волновыми параметрами, а также температурным режимом для оценки гидравлической крупности.
Рассмотрим данные, полученные в результате наблюдений за объектом. На рис. 3 представлен геологический разрез, в табл. 1-2 — характеристики грунтов основания.
+3, ООО
■ 1,650
Рис. 3. Геологический разрез
Таблица 1
Физико-механические характеристики грунтов
Номер слоя на чертеже Описание грунта Плотность, кН/м3 Угол внутреннего трения, град. Сцепление, кПа Модуль деформации, кг/см2
У Ф С Еп
11а Песок пылеватый средней плотности 17 24 1,0 110
11б Песок крупный средней плотности 18 34 0 300
Уа Песок пылеватый плотный 17 27 3,0 200
Уб Песок пылеватый средней плотности 18 34 1,0 350
Таблица 2
Гранулометрический состав содержание фракций (в %), диаметр (в мм)
Номер слоя на чертеже Глубина, м (номер образца) гравий Песок Пыль Глина
5-10 2-5 1-2 0,5-1 0 ,2 1 0,1- 0,25 0,05- 0,1 0,01- 0,05 0,05- 0,01 менее 0,005
11а 11,7-12 (№ 5) 0 5 15 21 19 28 8 4 0 0
11б 8,5-8,7 (№ 3) 0 5 1 9 44 35 5 1 0 0
Уа 15,6-15,9 (№ 6) 1 5 10 17 21 28 8 5 4 1
Уб 20,8-21,1 (№ 7) 0 2 7 22 26 24 10 7 2 0
Из табл. 2 следует, что весь грунтовый массив имеет мелкие фракции песка (1-0,25 мм) 70-80 %, а 8-10 % относятся к пылеватым частицам. Формирующей основой массива являются мелкие фракции со значительным объемом пылеватых частиц, которые обладают малыми значениями неразмывающих скоростей, а следовательно, легко выносятся из массива.
Из таблицы гранулометрического состава можно сделать вывод о неразмывающих скоростях для смешанных несвязных грунтов, а также проанализировать значения гидравлической крупности (данные приведены в табл. 3) [1].
Таблица 3
Значения неразмывающих скоростей и гидравлической крупности
Размер зерен однородного грунта й, мм Неразмывающая средняя скорость, V м/с Гидравлическая крупность, w м/с, при температуре воды 9-12 °С
0,05 0,35 0,00125
0,25 0,50 0,02135
1,00 0,60 0,08540
Выпуск 2
Выпуск 2
Исходя из совокупности данных, можно получить приблизительное представление о виде воронки размыва, образовавшейся в результате формирования временного подводного откоса, вид которого показан на рис. 4. На рис. 5 показано фактическое положение «воронки» полученное на основании водолазного обследования.
Ось фактического
І9
Рис. 5. Окончательное положение откоса
Представленный случай потери устойчивости стенки не является единичным. Все известные случаи разрушения свайных сооружений, возведенных на мелкопесчаных слабых грунтах, показывают на необходимость дополнительного изучения вопроса взаимодействия слабых оснований со свайными сооружениями.
Список литературы
1. Гончаров В. Н. Движение наносов / В. Н. Гончаров. — М.: ОНТИ, Гл. ред. строит. лит., 1938. — 110 с.
2. Гуревич В. Б. Речные портовые гидротехнические сооружения / В. Б. Гуревич. — М.: Транспорт, 1988. — 415 с.
3. Строительные нормы и правила 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» / Госстрой СССР. — М., 1989. — 71 с.
4. Строительные нормы и правила 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» / Госстрой СССР. — М., 1989. — 89 с.
5. Терцаги К. Механика грунтов в инженерной практике: [пер. с англ.] / К. Терцаги, Р. Пек. — М.: Госстойиздат, 1970. — 415 с.
УДК 626.4 М. Л. Кузьмицкий,
д-р техн. наук, СПГУВК;
В. А. Голицын,
канд. техн. наук, доцент, СПГУВК
ОТКАЗЫ, ПОВРЕЖДЕНИЯ И ДЕФЕКТЫ ГИДРОПРИВОДОВ ВОРОТ И ЗАТВОРОВ СУДОХОДНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ FAILURES, DAMAGES AND DEFECTS OF THE HYDRAULIC DRIVES FOR GATES AND SHUTTERS OF NAVIGABLE HYDRAULIC STRUCTURES
В статье приведены факты отказов, повреждений и выявленных дефектов гидравлических приводов ворот и затворов судоходных гидротехнических сооружений. Рассмотрены вероятные причины реализации отказов и повреждений и возможные пути повышения работоспособности приводов.
The article presents the facts of refusals, the damage and the identified defects of hydraulic actuators of the gate and the gate of navigable hydraulic structures. Probable causes offailures and damages and possible ways of increasing the efficiency of the drives are considered.
Ключевые слова: дефект гидравлических приводов, затвор, гидротехнические сооружения.
Key words: defects of the hydraulic actuators, gate, hydraulic structures.
Выпуск 2
